воскресенье, 7 августа 2016 г.

LiFePo4 под нагрузкой

Притащил знакомый проверить вязанку аккумуляторов LiFePo4...


Пришлось собрать стендик для замучивания и...



Стенд

Так как надо было проверить аккумуляторы под приличной нагрузкой, то необходимо было решить две проблемы:

  1. обеспечить нагрузку;
  2. контролировать напряжения отдельных банок под этой нагрузкой.
Первое сделать просто - разъем + провод + мощные резисторы. Разъем и провод есть на полке, нагрузочные резисторы тоже - это 1 Ом, 10 Вт керамика. Количество резисторов прикинул так: для LiFePo4 нормальная нагрузка - 20-30C (то есть 22-33А для хороших LiFePo емкостью 1100мА/ч), а пиковая под 60А. 

Пиковую мне сложно обеспечить, поэтому пытался обеспечить под 20А. Под нагрузкой напряжение падает, поэтому 3,3В номинала превратятся в 2.8В, то есть для 20А надо 2,8В * 3 шт / 20 А = 0,42 Ом, а для 30А по той же формуле 0,28 Ом.

Запараллелив три резистора по 1 Ом я получу 0,33 Ом, что как раз попадает в полученные рамки. Так я и сделал. Но т.к. мощность при этом будет примерно 25А * 25А * 0,33 Ом = 200 Вт, то надо дополнительное охлаждение в виде миски с водой. Что и было изготовлено:


Второе обеспечил приборчик для разрядки аккумуляторов. Он сразу показывает напряжение на индивидуальных ячейках и общее напряжение аккумулятора:


Любопытно, что у некоторых экземпляров аккумуляторов под нагрузкой напряжение падало ниже рабочего напряжения этого прибора. Как следствие - экран почти выключался.  Причем, подключение в нижний разъем другого аккумулятора спасло ситуацию. Правда, надо бы инструкцию почитать. От 9.9в он включается и выключается, если не подключен измеряемый аккумулятор. Хотя, если сначала подключить измеряемый, а потом дополнительный, то всё хорошо.

Измерения

Берём подопытного, подключаем балансировочный хвостик и вуаля:


На фото видно, что индивидуальные напряжения банок все-таки немного отличаются (это PowerLabs'овский аккум). Тут и погрешность измерения этого "прибора", и все-таки химия в аккумуляторах отличается от экземпляра к экземпляру. Да и вообще, нас интересует поведение под нагрузкой.

Подключаем нагрузку и ждём некоторое время (10-30 секунд, дольше не стоит, там уже сам аккумулятор очень заметно нагревается). Я ждал 20 секунд:


Обратите внимание, насколько упало общее напряжение (7.18 В, что для резистора в 1/3 Ом составляет ток 21.5 А).

Далее я просто зарядил с балансировкой все аккумуляторы, дал им полежать для устаканивания химии, да и прогнал через этот пыточный механизм, просто фотографируя данные до и после измерени.

Вычисления и оценка аккумуляторов

Итак, что нам даёт такое обилие данных.

Во-первых, можно вычислить общее внутреннее сопротивление аккумулятора.  Берём общее напряжение до издевательств E (оно же ЭДС источника), берём напряжение во время V (через 10-20 с издевательств). Кроме этого нам известна нагрузка R (1/3 Ом).

Внутреннее сопротивление вычисляется по формуле: r = (E-V) / I, где I = V/R, в нашем случае это 3*V. То есть формула получается: r = (E-V)/(3V). Чем оно будет ниже, тем лучше, так как снижаются потери внутри аккумулятора..

Во-вторых, можем оценить разброс между банками. Всегда можно рассчитать среднеквадратическое отклонение (см. учебник математики). Опять-таки, чем оно меньше, тем лучше - ячейки более одинаковые в пределах одного аккумулятора.

Результаты

Было измерено 8 принесенных на анализ аккумуляторов. Из них три какие-то безродные китайцы (номера 1-3), пять FLAME (4-8). Также по случаю (и как эталон) измерил свой старый аккумулятор (ему пятый год), старый PowerLabs сокомандника и свой новый (в смысле что прямо сегодня собрал), из недавно приехавших ячеек.

Результаты свёл в общую таблицу:


Справа добавлены два столбца - это те же внутреннее сопротивление и среднеквадратичное отклонение, в виде разницы в процентах относительно эталона - моего старого аккумулятора.

Из таблицы видно, что ноунейм китайцы просто ужас. Параметры ячеек имеют фантастический разброс. Видимо, собирались из отбраковки партий для каких-нибудь брендов, либо просто перемешаны несколько партий. Я даже не поверил, что всё так плохо, зарядил номер 2 с балансировкой и повторил тест (2*), но чуда не произошло.

Бренд FLAME в своём репертуаре. Ячейки так себе по параметрам, но хотя бы очень близки по параметрам в пределах аккумулятора. Видимо, из одной партии и после отбраковки. Особенно удивил аккумулятор за номером 4

PowerLabs, несмотря на неизвестную судьбу, не так и плох - ячейки с низким сопротивлением, но разброс приличный.

Мой старый аккум всё еще ого-го. Немного лучше его по параметрам аккум из новых ячеек.